نشریه علمی هیدرولیک

نشریه علمی هیدرولیک

مدل‌سازی عددی - آزمایشگاهی هیدرولیک جریان تحت تاثیر سازه بافل مرکزی در مجاری روباز با استفاده از نرم‌افزار OpenFOAM

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان
محمد خسروی 1
الهام قنبری عدیوی 2
علی رئیسی 1
غلامرضا شمس 3
نریمان مهرانفر 4
1 گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی دانشگاه شهرکرد
2 گروه مهندسی آب دانشگاه شهرکرد
3 گروه مهندسی عمران دانشگاه شهرکرد
4 گروه عمران، معدن و زمین شناسی، دانشکده پلی تکنیک، دانشگاه مونترال، کانادا
10.30482/jhyd.2026.578810.1761
چکیده
در این پژوهش، اثر انسداد ناشی از بافل مرکزی بر رفتار هیدرولیکی جریان در دو نوع کانال روباز با مقطع مستطیلی ساده و مرکب به‌صورت آزمایشگاهی و عددی بررسی شد. نوآوری این مطالعه در تحلیل هم‌زمان اثر هندسه مرکب کانال و حضور بافل مرکزی بر الگوی توزیع تنش برشی، هیدرولیک جریان و استهلاک انرژی، با استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی در نرم‌افزار OpenFOAM با استفاده از حلگر interFOAM و مدل آشفتگی k–ω SST است. نتایج نشان داد که ترکیب هندسه مرکب و بافل مرکزی موجب کاهش نیروی درگ و افزایش نرخ استهلاک انرژی نسبت به کانال ساده می‌شود. نرخ استهلاک انرژی در کانال مرکب حدود 75 درصد و در کانال ساده حدود 33 درصد برآورد شد که ناشی از هم‌افزایی هندسه مرکب و بافل در تولید گردابه‌های بزرگ‌ و تغییرات ناگهانی سرعت و فشار است. تحلیل پروفیل عمق و سرعت نشان داد که عمق اولیه در کانال مرکب حدود 14/0 متر و در کانال ساده حدود 13/0متر است و سازه بافل موجب ایجاد اتلاف هدفمند انرژی در ناحیه پس از خود می‌شود. همچنین در کانال مرکب، بازتوزیع تنش برشی و شکل‌گیری نواحی جریان کم‌سرعت در پایین‌دست سازه مشاهده شد که بیانگر کارایی بیشتر این آرایش در کنترل انرژی جریان است. مقایسه نتایج عددی با داده‌های آزمایشگاهی نشان داد که مدل RANS به‌کاررفته توانایی بالایی در بازتولید مشخصات جریان دارد. یافته‌های این پژوهش می‌تواند در طراحی سازه‌های کنترل انرژی، حفاظت بستر و بهینه‌سازی مقاطع مرکب در کانال‌های روباز مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
اثر انسداد
استهلاک انرژی
سازه بافل مرکزی
مجاری روباز
هیدرولیک جریان
نرم‌افزار OpenFOAM
موضوعات

  • تاریخ دریافت 06 اردیبهشت 1405
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1405